CN109829022A - 一种融合监控视频信息的互联网地图服务系统及构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种融合监控视频信息的互联网地图服务系统，该系统包括：视频信息运维模块，用于视频影像数据、视频属性数据和视频空间数据的分析、管理和存储；2D‑3D地图前端加载模块，用于对2D地图、3D地图的应用客户端显示，并获取视频信息中带有的空间数据，完成对视频影像数据、属性数据的分析、加载和处理；地图服务器数据组织、发布模块，用于提供地图存储、生成服务，实现地图数据发布；后台数据库管理模块，用于根据对业务数据和空间数据的分析，实现对不同数据的后台操作管理。本发明基于多个开源框架，以一种低成本、高效方式实现了监控视频信息在2D‑3D互联网地图中的位置加载、存储管理、属性维护、统计查询以及其它地图发布功能。

Description

一种融合监控视频信息的互联网地图服务系统及构建方法

技术领域

本发明涉及地理信息系统领域，主要涉及一种融合视频信息的互联网地图服务系统及构建方法。

背景技术

近年来随着政治、经济、社会的不断发展，影响国家安全、公共安全、环境安全的不稳定因素日益增多，社会治安形势也变得越来越错综复杂。作为有效的监控手段，摄像机早已在城市安防、公共交通管理、生产控制中发挥了不可替代的作用，但现有摄像机大多只能采集和获取有限视角的视频信息，空间位置感不强，整体联动困难，不能全面地了解目标在区域内的行为状态，这极大地限制了监控系统作用的发挥。互联网地图是互联网与GIS地理信息技术高度融合的产物，在统一地理框架下可集成各类政治、经济、文化及公民个人行为信息；另一方面，公共安全、环境安全区域一般是比较广域的场景，传统监控系统存监控盲区，无法不遗漏的监控到每一个需求点位，将监控视频与互联网地图相结合，不仅能对室外监控点进行数字化，宏观上把握治安监控点位，还能借助商业GIS软件强大的空间查询、统计、分析功能，大幅提高信息综合管理、利用及规划分析决策水平，应用价值巨大。然而，以webGIS技术为代表的现有互联网地图服务系统并未考虑监控视频数据的有效加载、融合利用，其开发平台也多以ESRI的ArcGIS软件等商业系统为主，系统建设不仅需投入大量资金、人力，且应用灵活性受限于商业系统技术保护。国家对安防领域的不断投入升级，从"平安城市"到"智慧城市"的提出，无论是信息统一管理，还是规划分析决策，都对传统安防、地图服务方式和技术应用提出了很大的挑战，融合视频信息的互联网地图服务系统将具有广阔的市场应用前景。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种融合视频信息的互联网地图服务系统及构建方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种融合监控视频信息的互联网地图服务系统，该系统包括：

视频信息运维模块，用于视频影像数据、视频属性数据和视频空间数据的分析、管理和存储；

2D-3D地图前端加载模块，用于对2D地图、3D地图的应用客户端显示，并通过视频空间数据完成对视频影像数据、属性数据的分析、加载和处理；

地图服务器数据组织、发布模块，用于提供地图存储、生成服务，实现地图数据发布；

后台数据库管理模块，用于根据对业务数据和空间数据的分析，实现对不同数据的后台操作管理。

可选地，所述视频属性数据包括该获取该视频属性数据的设备的特征参数，所述视频空间数据包括视频信息获取点的地理信息数据。

可选地，所述2D-3D地图前端加载模块中的前端二维地图基于OpenLayers开源框架构建。

可选地，所述2D-3D地图前端加载模块中的前端三维地图系基于WorldWind开源框架构建。

可选地，所述后台数据库管理模块基于B/S模式的SSM架构开发。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种融合监控视频信息的互联网地图服务系统构建方法，其特征在于，该构建方法包括以下步骤：

二维地图底图的搭建，所述底图采用公共地图数据或者离线瓦片地图数据，其中所述离线瓦片地图数据采用瓦片金字塔模型，坐标投影采用Web地图通用的Mercator投影；

运用OpenLayers框架的地图容器存放获取的地图Map对象，根据地理信息类别、范围等完成地图控件的实例化，加载所需的地图控件；

地图图层创建及加载，所述地图图层源包括Tile、Image和Vector，分别为瓦片数据源、图像数据源和矢量数据源，根据不同应用需求，在所述底图上加载不同性质的地图图层；

地图事件的分析及监听，通过地图图层的叠加管理后，分析要实现视频信息处理的图层，在具体图层中实现具体的事件监听。

三维地图创建，基于WorldWind基础图层的搭建应用WorldWindowGLCanvas，实现AVKey.MODEL_CLASS_NAME绑定三维球体模型，通过JOGL调用OpenGL接口完成所需要的3D绘图，通过设计嵌入的容器实现具体控件功能，通过框架接口和事件监听实现Model、View和Controller之间的绑定及消息处理。

如上所述，本发明的一种融合视频信息的互联网地图服务系统及构建方法，具有以下有益效果：

本发明不依赖于任何商业框架，主要结合Openlayers二维地图框架、WorldWind三维地图框架、GeoServer地图服务器以及SSM系统服务器开源架构构建实现。通过将二维地图图层、控件、数据接口等编码重构为可调函数，实现二维地图模块便捷的开发，本发明二维地图涵盖了底图的瓦片加载、矢量图层的构建及渲染、视频点图层以及与用户的动态交互等功能，用户通过任何浏览器都可直接访问加载地图，了解及查看相应视频点的信息；通过将三维地图图层、控件及三维模型加载等代码封装为可调函数，实现三维地图模块的便捷开发，本发明三维地图不仅能直观的表现视频点的空间地理信息，而且基于MVC架构实现了地图中三维模型的应用，满足了专业用户的功能需求；通过对开源地图服务器所操作地图要素的编辑、所需地图图层(组)配置、地图(WMS、WFS、WCS等)发布服务，实现不同系统功能下的2D/3D地图模块接口统一；通过SSM服务器端构建架构，本发明极大简化Web系统开发、更易实现RESTful风格互联网地图系统开发；采用开源数据库PostgreSQL+PostGIS的数据存储架构并结合和GeoServer开源地图服务器，本发明使得空间数据的管理与通用数据库系统融为一体，更加轻易地实现了数据共享与互操作。本发明实现了监控视频在2D/3D地图的加载、运维，并克服了目前主流商业系统对高额资金和大量开发、维护人员要求，提高了系统开发的灵活性。

附图说明

为了进一步阐述本发明所描述的内容，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。应当理解，这些附图仅作为典型示例，而不应看作是对本发明的范围的限定。

图1为互联网地图服务系统架构示意图；

图2为2D-3D地图组织与访问示意图；

图3为监控视频地图加载示意图；

图4为互联网地图服务B/S应答机制示意图；

图5为互联网地图访问实施过程示意图；

图6为基于OpenLayers二维地图系统功能效果图；

图7为融合视频点信息互联网地图系统功能效果图。

图8为基于WorldWind三维地图系统功能效果图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本实施例提供一种融合视频信息的互联网地图服务系统，如图1互联网地图服务系统架构示意图所示，包含视频信息运维模块、2D-3D地图前端加载模块、地图服务器数据组织、发布模块以及后台数据库管理模块。

所述视频信息运维模块，实现对碎片化监控视频影像及其属性(参数)数据、空间(地理位置)数据的获取、加载和分析处理。

所述2D-3D地图前端加载是实现对2D地图、3D地图(三维模型)的应用客户端显示，并在此基础上获取视频信息带有的空间数据完成对视频影像数据、属性数据的分析、加载和处理；

所述2D-3D地图前端加载模块由二维地图和三维地图模块组成。作为整套系统的前端交互部分，二维地图基于开源架构OpenLayers开发，三维地图模块基于开源架构WorldWind开发，结合视频加载实现视频信息的互联网地图可视化；

于一实施例中，2D地图前端的加载包括：

步骤1，OpenLayers架构下地图核心容器构建，采用ol.Map渲染显示动态地图，其中地图投影坐标采用WGS84(EPSG:4326)和Mercator(EPSG:3857)，网页地图开发中广泛地以墨卡托投影为主，投影后二维地图范围为经度[-180,180]，纬度[-85,85]；

步骤2，OpenLayers架构下地图底图加载，底图采用地图瓦片技术和LOD(LevelsOf Detail)多细节层次策略加载，形成独特的瓦片金字塔模型，即上一层的一张瓦片中，在下一层中会用四张瓦片来表示，切片大小多为256*256像素，第n层级的瓦片数为。

步骤3，OpenLayers架构下地图分层叠加，GIS渲染引擎采用分层管理的加载策略，在完成步骤2中的Tile类瓦片底图的加载后，采用ol.layer.Vector和ol.layer.Image分别完成所需地图矢量图层和小场景单一图像图层的加载，基于Vector的矢量数据源可创建、获取多种Features，通过相应解析器分析各类矢量数据；

步骤4，OpenLayers架构下视频图层操作，视频图层采用点数据图层，通过查询系统业务数据库，查询视频点的详细信息，解析查询结果数据，在点数据图层添加相应的标注，并将视频点的基本信息以列表显示加载在右侧结果面板中显示。

基于开源架构OpenLayers的2D地图开发方法包括以下几个步骤：

步骤1，从Openlayers官网上下载获取最新的OpenLayers版本v5.3.0-dist.zip压缩包，解压v5.3.0-dist.zip压缩包获取ol.js开发库，<script>标签引入jquery框架文件，实现基本开发环境的配置；

步骤2，确定二维地图数据源，实现地图底图加载。本发明采用天地图公共地图作为底图，其支持XYZ方式的瓦片地图加载请求，瓦片地图坐标系原点为地图左上角，从左到右为x轴正方向，从下到上为y轴正方向；

步骤3，如图3地图图层加载示意图所示，完成地图底图的加载后，实现所需矢量图层的加载。点、线、矩形、圆等矢量图形，由于文件体积较小，放缩不会失真，是地图数据中非常重要的部分。首先OpenLayers支持GeoJSON、GML、KML、JSON等多种矢量数据格式，如对GeoJSON数据进行解析处理的ol.format.GeoJSON()，得到矢量图层中所有的feature，按系统需求进行相应的操作，如地图坐标系和矢量地图坐标系不一，可借助readFeatures函数进行坐标转换；然后对矢量数据源的加载进行监听，由于地图中矢量数据的加载是异步进行的，所以采用事件监听的方式确保读取矢量要素feature时，所有的矢量数据都已加载完成；最后对矢量元素进行样式设置后，完成矢量图层ol.layer.Vector的搭建；

步骤4，基于GIS渲染引擎分层管理的加载策略，首先完成上述步骤2和步骤3栅格图层和矢量图层的搭建后，在二维地图中创建图层管理模块，实现所有图层的分层管理，包括天地图卫星图层和标注图层；然后在完成的图层中加载所需的地图控件，如地图缩放、比例尺、鹰眼及导航控件等；最后在矢量图层之上，加载视频点数据图层，完成互联网地图系统的二维地图开发。

于一实施例中，3D地图前端的加载包括：

步骤1，WorldWind架构下三维模型构建，基于Model接口的实现，通过继承Map集合AVList，读取和保存配置文件里的key-value对，构建地球模型MODEL_CLASS_NAME＝"gov.nasa.worldwind.avkey.ModelClassName"；

步骤2，WorldWind架构下三维球体表现，基于Globe接口表现三维球体和地形，调用EllipsoidalGlobe.makeElevationModel加载相应地球高程配置文件；基于View接口的地图容器WorldWindowGLCanvas表现用户视图；

步骤3，WorldWind架构下图层加载，基于Layer接口实现加载具体所需影像或数据图层，其中地图瓦片采用LOD加载策略，形成横六纵三，总共18块的初始瓦片，在此基础上使用四分法逐级切分瓦片，使视口内所见的空间范围不断缩小，视口内切片分裂成更小的切片，以展示更多地图细节；

步骤4，WorldWind架构下地图渲染监听，根据步骤1、步骤2和步骤3实现的基本三维地图，关联一个Globe对象和多个Layer对象在一个Model对象中，通过SceneController接口实现地图渲染，通过Listener接口实现具体视频点消息的处理。

基于WorldWind的3D地图开发方法包括以下几个步骤：

步骤1，WorldWind架构下三维模型构建，基于Model接口的实现，通过继承Map集合AVList，读取和保存配置文件里的key-value对，构建地球模型MODEL_CLASS_NAME＝"gov.nasa.worldwind.avkey.ModelClassName"；

步骤2，WorldWind架构下三维球体表现，基于Globe接口表现三维球体和地形，调用EllipsoidalGlobe.makeElevationModel加载相应地球高程配置文件；基于View接口的地图容器WorldWindowGLCanvas表现用户视图；

步骤3，WorldWind架构下图层加载，基于Layer接口实现加载具体所需影像或数据图层，其中地图瓦片采用LOD加载策略，形成横六纵三，总共18块的初始瓦片，在此基础上使用四分法逐级切分瓦片，使视口内所见的空间范围不断缩小，视口内切片分裂成更小的切片，以展示更多地图细节；

步骤4，WorldWind架构下地图渲染监听，根据步骤1、步骤2和步骤3实现的基本三维地图，关联一个Globe对象和多个Layer对象在一个Model对象中，通过SceneController接口实现地图渲染，通过Listener接口实现具体视频点消息的处理。

所述地图服务器数据组织、发布模块，由地图服务器和业务逻辑服务器模块组成，用于提供地图存储、生成服务，实现地图数据发布，允许用户对特征数据进行更新、删除、插入等操作；

如图2所示，其中地图服务器采用开源服务器GeoServer，本发明主要应用其基于OGC的WMS、WFS、WMTS等规范发布空间数据的功能；业务逻辑服务器由web服务器Apache和轻量级应用程序服务器Tomcat组成；本发明B/S应用系统采用目前主流的SSM框架，首先创建数据库连接信息和log4j配置文件，添加MyBatis分页助手，然后配置MyBatis基础文件，编写数据库连接池及事务管理类加载文件，最后配置SpringMVC核心文件，并在web.xml配置文件启动spring，这几点的综合搭配使该系统灵活方便易用，简化了动态网站的开发。

具体地，地图服务器数据组织、发布模块的构建可以包括以下步骤：

步骤1，GeoServer架构下地图服务器的构建，在web服务器Tomcat上加载地图服务器GeoServer的war包，按系统需求编写相应配置文件，进一步在Manager页面下部署地图服务，访问http//<host>：<port>/geoserver完成地图服务器的加载；

步骤2，GeoServer架构下地图数据的存储，创建项目图层容器工作空间(WorkSpace)，配置相应命名空间URI，加载所需图层数据源，包括矢量数据源和栅格数据源，建立地图服务器数据存储(Store)；

步骤3，GeoServer架构下地图服务的发布，基于步骤1和步骤2所完成的数据，首先根据相应地图的坐标系定义图层坐标参考系统，设置SRS处理方式，然后从加载的数据中计算图层边框坐标，以及从本地边框坐标计算相应坐标系下经纬度边框坐标，最后实现图层的WMS发布。

进一步地，二维地图集中于视频点信息的处理和视频调用，并且实现对地图服务器发布的空间Feature要素的处理，包括WMS和WFS等地图服务；三维地图也可进行视频点数据的操作，并且可实现对三维模型的加载，满足当前地理空间操作人员的需求。

所述后台数据库管理系统根据对业务数据和空间数据的分析，实现对不同数据的后台操作管理。

于本实施例中，采用目前主流的企业MVC开源架构SSM并基于B/S模式，既实现了轻量级配置开发的目标，又使得ORM(Object Relational Mapping)更加灵活，SQL优化更加简单。Ajax技术的应用，更是完美契合了GIS需要大量、频繁与地图服务器交互响应传输数据的特点，最大程度发挥了Ajax无刷新更新，减少等待时间及减少冗余的特点。该系统业务数据和空间数据应具备如下功能：

业务数据包括用户数据、视频点信息数据以及视频信息数据等，其中用户数据包括了操作人员身份验证、操作日志记录、信息操作记录、信息操作时间以及操作结果等信息；视频点信息数据涵盖了视频点ID、名称、坐标、地址等相关数据；视频信息数据涵盖了视频格式、视频大小、视频获取时间等数据；

空间数据包括了地图中的点线面几何要素特征、各要素空间关系和相应要素属性，采用PostGIS进行空间数据的存储，不仅包含了支持空间对象的geography空间类型，也包含了既支持平面对象也支持空间对象的geometry空间类型。

具体地，后台数据库管理模块采用开源关系数据库PostgreSQL作为业务数据库，PostGIS作为空间数据库，本发明中采用能自动回收空闲连接的C3P0数据库连接池技术，在写成工具类后便可通过C3P0Utils.getDataSource()获得当前连接池，提高了应用程序和数据库之间的访问效率；空间数据的导入导出采用PostGIS提供的图形化界面工具PostGISShapefile Import/Export Manager；用户界面采用JSP技术开发，通过网页表单获取用户输入数据、访问数据库及其他数据源，引用Ajax技术实现动态网页构建；视频播放器采用JavaScript开源库Video.js进行网页嵌入开发。

本发明提供的一种融合视频信息的互联网地图服务系统，不仅能够实现基本商业2D-3D地图的功能，如地图快速浏览、查询定位、地图测算及图层控制等功能，还支持在浏览器端对标注视频点进行信息查询与异常监管功能，并提供了对视频点信息进行增加、修改、删除的维护接口；本发明还进一步的提供了对视频点相应视频信息的播放功能，以及对主流三维模型的加载功能，更好的完善了基于开源架构的互联网地图开发应用。

本发明还提供一种融合视频信息的互联网地图服务系统的构建方法，包括：

步骤1，二维地图底图的搭建，底图采用公共地图数据或者离线瓦片地图数据，其中离线瓦片采用瓦片金字塔模型，坐标投影采用Web地图通用的Mercator(EPSG:3857)投影；

步骤2，地图容器及地图控件，运用OpenLayers框架的Map容器存放获取的地图Map对象，根据地理信息类别、范围等完成地图控件的实例化，加载所需地图控件；

步骤3地图图层创建及加载，地图图层源包括Tile、Image和Vector，分别为瓦片数据源、图像数据源和矢量数据源，根据不同应用需求，在底图上加载不同性质的图层；

步骤4，地图事件的分析及监听，通过图层的叠加管理后，分析要实现视频信息处理的图层，在具体图层中实现具体的事件监听，完成满足功能的二维地图的开发。

步骤5，三维地图创建，基于WorldWind基础图层的搭建应用WorldWindowGLCanvas，实现AVKey.MODEL_CLASS_NAME绑定三维球体模型，通过JOGL调用OpenGL接口完成所需要的3D绘图，通过设计嵌入的容器实现具体控件功能，通过框架接口和事件监听实现基本的Model、View和Controller之间的绑定及消息处理。

地图服务器通过处理多种类型的地图数据，发布WMS、WFS、WMTS等地图服务，既可以在二维地图端进行渲染应用，更可以供三维地图加载处理。

Web系统实现包括：

(1)Web系统中融合视频信息的互联网地图系统的加载；

(2)用户对具体视频监控点的操作，应用Ajax动态网页开发技术，经Http请求后被Web服务器响应，其中将空间数据操作交由GIS服务器响应；

(3)Web服务器和GIS服务器根据请求的类型及客户端发送的请求数据操作相应的数据库，并将返回结果进行封装；

(4)Web返回信息响应到Ajax引擎，将获取到相应视频点的地理空间数据和其视频信息表现在地图模块上。

当鼠标悬浮于地图上的具体视频点时，页面会显示该视频点的各类参数信息及地理信息；当用户操作具体视频点时会加载播放视频信息，也可选择已存在的历史视频进行操作。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种融合监控视频信息的互联网地图服务系统，其特征在于，该系统包括：

视频信息运维模块，用于视频影像数据、视频属性数据和视频空间数据的分析、管理和存储；

2D-3D地图前端加载模块，用于对2D地图、3D地图的应用客户端显示，并通过视频空间数据完成对视频影像数据、属性数据的分析、加载和处理；

地图服务器数据组织、发布模块，用于提供地图存储、生成服务，实现地图数据发布；

后台数据库管理模块，用于根据对业务数据和空间数据的分析，实现对不同数据的后台操作管理。

2.根据权利要求1所述的一种融合监控视频信息的互联网地图服务系统，其特征在于，所述视频属性数据包括该获取该视频属性数据的设备的特征参数，所述视频空间数据包括视频信息获取点的地理信息数据。

3.根据权利要求1所述的一种融合监控视频信息的互联网地图服务系统，其特征在于，所述2D-3D地图前端加载模块中的前端二维地图基于OpenLayers开源框架构建。

4.根据权利要求1或3所述的一种融合监控视频信息的互联网地图服务系统，其特征在于，所述2D-3D地图前端加载模块中的前端三维地图系基于WorldWind开源框架构建。

5.根据权利要求1所述的一种融合监控视频信息的互联网地图服务系统，其特征在于，所述后台数据库管理模块基于B/S模式的SSM架构开发。

6.根据权利要求1所述的一种融合监控视频信息的互联网地图服务系统，其特征在于，所述业务数据包括用户数据、视频点信息数据以及视频信息数据，所述空间数据包括地图中的点线面几何要素特征、各要素空间关系和相应要素属性。

7.根据权利要求6所述的一种融合监控视频信息的互联网地图服务系统，其特征在于，所述用户数据包括至少包括操作人员身份验证、操作日志记录、信息操作记录、信息操作时间以及操作结果；视频点信息数据到少包括视频点ID、名称、坐标、地址；视频信息数据至少包括视频格式、视频大小、视频获取时间数据。

8.一种融合监控视频信息的互联网地图服务系统构建方法，其特征在于，该构建方法包括以下步骤：

二维地图底图的搭建，所述底图采用公共地图数据或者离线瓦片地图数据，其中所述离线瓦片地图数据采用瓦片金字塔模型，坐标投影采用Web地图通用的Mercator投影；

运用OpenLayers框架的地图容器存放获取的地图Map对象，根据地理信息类别、范围等完成地图控件的实例化，加载所需的地图控件；

地图图层创建及加载，所述地图图层源包括Tile、Image和Vector，分别为瓦片数据源、图像数据源和矢量数据源，根据不同应用需求，在所述底图上加载不同性质的地图图层；

地图事件的分析及监听，通过地图图层的叠加管理后，分析要实现视频信息处理的图层，在具体图层中实现具体的事件监听。

三维地图创建，基于WorldWind基础图层的搭建应用WorldWindowGLCanvas，实现AVKey.MODEL_CLASS_NAME绑定三维球体模型，通过JOGL调用OpenGL接口完成所需要的3D绘图，通过设计嵌入的容器实现具体控件功能，通过框架接口和事件监听实现Model、View和Controller之间的绑定及消息处理。